Glossar zum Genome Editing

Eine Variantenform eines Gens an einem bestimmten Ort auf einem Chromosomen. Verschiedene Allele erzeugen Variationen in den vererbten Merkmalen.

Base Editing ist eine Genome Editing Methode basierend auf CRISPR/Cas9. Es ermöglicht die gezielte und gerichtete Umwandlung einer DNA- oder RNA-Base in eine andere (d.h. die Einführung einer Punktmutation) mit Hilfe von DNA- oder RNA-Basen-Editoren. Diese Basen-Editoren bestehen aus einer katalytisch inaktiven Nuklease, die mit einem katalytisch aktiven Deaminase-Enzym fusioniert ist.

Eine stäbchenförmige Struktur, die aus Proteinen und einem einzelnen DNA Strang besteht, welcher gewöhnlich viele Hunderte von Genen trägt. Verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche Chromosomenanzahl: Zuckerrüben haben zum Beispiel 18 Chromosomen. Pflanzen unterscheiden sich auch in Bezug auf die Ploidie, d.h. die Anzahl der Chromosomensätze.

Chromosomen befinden sich in der Regel im Zellkern einer Zelle. Neben dem Zellkern enthalten auch die Organellen der Pflanzen (Mitochondrien und Chloroplasten) DNA.

Eine adaptive Komponente des bakteriellen und archaealen Immunsystems, verwendet als Methode des Genome Editing. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) beschreibt ein Segment von sich wiederholenden Sequenzen, die durch (fremde) virale DNA (sogenannte Spacer) getrennt sind. Proteine, die mit CRISPR (Cas) in Verbindung stehen, nutzen diese spezifischen Sequenzen, um die Zelle zu schützen, indem sie virale DNA finden und zerstören.

Eine Veränderung der DNA-Sequenz (z.B. Insertion, Deletion,Substitution) an einer bestimmten Stelle im Genom, die mit gezielten Mutagenesemethoden des Genome Editing erzeugt wird und zu einer beabsichtigten Wirkung (z. B. Genunterbrechung) führt.

Ein Protein, das als biologischer Katalysator für chemische Reaktionen wirkt.

Eine funktionelle Einheit der Vererbung, die ein Segment der DNA in einem bestimmten Teil eines Chromosomen ist. Ein Gen leitet in der Regel die Bildung eines Protein- oder RNA-Moleküls.

Die vollständige DNA eines Organismus. Pflanzengenome sind sehr unterschiedlich in ihrer Größe.

Oberbegriff für Methoden, die das genetische Material eines lebenden Organismus ortsspezifisch und in den meisten Fällen gezielt verändern können, in der Regel mit dem Ziel, bestimmte Eigenschaften einer Kulturpflanze zu verbessern. Die unter diesen Begriff fallenden Methoden verwenden Cas-Nukleasen (z. B. CRISPR/Cas9, Base Editing, Prime Editing), Meganukleasen, TALENs, ZFNs und ODM. Durch die Anwendung dieser Methoden ist es möglich, kleine Nukleotidveränderungen, Deletionen oder den präzisen Austausch ganzer Gene zu erreichen. CRISPR/Cas-, TALENs-, ZFN- und ODM-basierte Methoden beruhen auf DNA-Brüchen, die mit oder ohne Hilfe einer Reparaturvorlage durch den zelleigenen Reparaturmechanismus repariert werden.

Basen-Editoren und Prime-Editoren wandeln Nukleotide direkt um oder ändern die Sequenzen an der Zielstelle durch den Einsatz zusätzlicher Enzyme.

Die genetische Konstitution eines Organismus.

Keimplasma (d.h. erbgut), innerhalb dessen eine sexuelle Rekombination als Folge der Hybridisierung möglich ist, auch über Methoden wie die Embryokultur.

Gemäß § 3 Nr. 3 GenTG ein Organismus, mit Ausnahme des Menschen, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt. Ein gentechnisch veränderter Organismus ist auch ein Organismus, der durch Kreuzung oder natürliche Rekombination zwischen gentechnisch veränderten Organismen oder mit einem oder mehreren gentechnisch veränderten Organismen oder durch andere Arten der Vermehrung eines gentechnisch veränderten Organismus entstanden ist, sofern das genetische Material des Organismus Eigenschaften aufweist, die auf gentechnische Arbeiten zurückzuführen sind.

Der Prozess der Erzeugung einer Mutation an einem vordefinierten Ort innerhalb eines Genoms mithilfe von Genome Editing-Methoden. Die resultierende Mutation kann zufällig (mit SDN-1) oder spezifisch (z. B. mit Base Editing, SDN-2 oder SDN-3) sein. Sequenzeinfügungen und -ersetzungen durch gezielte Mutagenese sind auf Sequenzvariationen innerhalb des Genpools (kreuzbare Arten) beschränkt. Die erhaltenen Veränderungen könnten das Ergebnis der traditionellen Züchtung oder einer natürlichen Mutation gewesen sein.

Kurze RNA-Abschnitte, die das DNA-schneidende Protein zum Zielort im Genom leiten. gRNA-Segmente enthalten Bereiche mit Homologie zur Zielsequenz (in der Regel 20 Basen) und eine Sequenz, die mit der Nuklease interagiert (z. B. Cas9).

Verschiedene Varianten (Allele) eines bestimmten Gens auf den homologen Chromosomen einer Zelle oder eines Organismus.

Reparaturmechanismus der Zelle für DNA-Strangbrüche, bei dem eine Reparaturvorlage verwendet wird um die DNA „zu flicken“. Die Reparaturvorlage muss große Ähnlichkeiten mit den Schnittstellen der DNA (Homologien) besitzen, um eingefügt werden zu können. HR ist eine präzisere Reparatur als NHEJ. Bei der Genomeditierung wird die Reparaturvorlage gezielt entworfen und eingefügt; daher ist es möglich ein pathologisches Gen durch eine gesunde Kopie zu ersetzen.

Mit derselben Variante (Allel) eines bestimmten Gens auf homologen Chromosomen einer Zelle oder eines Organismus.

Abkürzung für Einfügen und/oder Löschen. Beschreibt die zufällige Entfernung oder Einführung von Nukleotiden in der DNA-Sequenz. InDels treten auf, wenn DNA-Doppelstränge durch NHEJ ungenau repariert werden. Dies führt oft zu einer Störung des offenen Leserahmens und/oder zur Schaffung von vorzeitigen Stop-Codons und damit zu einem Verlust der Genfunktion.

Die Integration eines Gens, das aus Sequenzen von sexuell kompatiblen Arten besteht, welches jedoch in dieser Konstellation nicht natürlich im Genpool vorkommt.

Eine Linie, die durch Selbstung bis zu einer ausreichenden Homozygotie gezüchtet wurde, um als homozygot angesehen zu werden.

Eine Art Enzym, das sich an bestimmte DNA-Sequenzen bindet und diese schneidet. Meganukleasen können im Genome Editing sowohl mittels nicht homologer Endverknüpfung (NHEJ) als auch mittels homologiegesteuerter Reparatur Veränderungen herbeiführen.

Eine beobachtbare (erkennbare oder anderweitig identifizierbare) Eigenschaft eines Organismus. Zum Beispiel ist die Blütenfarbe ein Merkmal.

Eine Veränderung der eigenen DNA-Sequenz eines Organismus. Die Veränderung kann klein sein (SNPs, kleine InDels) oder tausende Basenpaare umfassen (Insertionen, Deletionen, Translokationen, Ersatz) oder kann ganze Chromosomen betreffen, ist jedoch auf Sequenzvariationen innerhalb des Genpools beschränkt (kreuzbare Arten).

Ein Enzym, das DNA- oder RNA-Stränge durchschneiden kann.

Unbeabsichtigte Veränderung des Genoms und/oder des Expressionsmusters, die auftreten kann, wenn ein Genom-Editierungsenzym DNA an einer Stelle im Genom schneidet, die der Zielstelle ähnelt.

Methoden, die mittels Endonukleasen Doppelstrangbrüche an bestimmten und definierten Stellen des Genoms induzieren. Die DNA-bindende Domäne kann entweder ein Protein oder eine RNA sein. Methoden, die unter diesen Oberbegriff fallen, sind CRISPR/Cas, TALENs und ZFNs. SDN ist je nach Grad der induzierten Veränderung in SDN-1, SDN-2 und SDN-3 unterteilt.

Unterschiedliche beobachtbare Ausprägungen eines Merkmals innerhalb einer Art, die durch zwei oder mehr Allele an einem Genort (Genotyp) und die Interaktion mit der Umwelt hervorgerufen werden.

Zum Beispiel ist die Blütenfarbe ein Merkmal, und Rot und Weiß sind zwei verschiedene Phänotypen für das Merkmal Blütenfarbe.

Ein Plasmid ist in der Natur ein kleines DNA-Molekül innerhalb einer Zelle, das physisch von der chromosomenalen DNA getrennt ist und unabhängig von der genomischen DNA replizieren kann. Plasmide werden am häufigsten als kleine kreisförmige, doppelsträngige DNA-Moleküle in Bakterien gefunden. In der Gentechnik werden isolierte, künstliche Plasmide als Vektoren beim molekularen Klonen weit verbreitet.

Prime Editing ist ein CRISPR/Cas9-basiertes System, das DNA umschreibt, um gezielte und präzise Einfügungen, Deletionen und Base-to-Base-Konvertierungen zu induzieren. Bei dieser Methode werden eine Prime Editing Guide RNA (pegRNA), eine katalytisch beeinträchtigte Cas9-Nuklease, und eine engineered reverse transkriptase verwendet, die die präzise Änderung, Addition oder Entfernung einer Sequenz initiiert. Sobald das neue Erbgut in den geschnittenen DNA-Strang eingebaut ist, nickt der Prime Editor den unbearbeiteten Strang und signalisiert der Zelle, ihn wieder aufzubauen, um es dem bearbeiteten Strang anzupassen.

Entsteht durch Verbindung von zwei oder mehr Nukleinsäuremolekülen auf beliebige Weise außerhalb eines Organismus, mit der Fähigkeit zur weiteren Vermehrung nach dem Einbringen in einen Organismus

Eine Nukleinsäuresequenz, die verwendet wird, um zelluläre DNA-Reparaturwege zu lenken, um spezifische DNA-Sequenzänderungen an oder in der Nähe einer Zielstelle zu integrieren.

Ein einsträngiges Molekül, das die Anweisungen der DNA für die Entwicklung, Das Funktionieren und die Fortpflanzung aller lebenden Organismen überträgt und reguliert.

RNAi ist ein zellulärer Mechanismus, der die Genexpression durch Abbau von RNA-Molekülen reguliert. Er wird durch doppelsträngige RNA (dsRNA) ausgelöst, die Ribonukleasen aktivieren auf homologe RNA abzuzielen. RNAi kann von Forschern genutzt werden, um die Expression eines bestimmten Gens zu unterdrücken.

Ein eindeutiger, einheitlicher, stabiler Genotyp, der hinsichtlich seines Wertes für Anbau und Nutzung anerkannt ist.

Der Organismus, aus dem Erbgut für den Transfer auf den Empfängerorganismus gewonnen wird.

Ein Organismus, in dessen Genom Sequenzen oder ganze Gene einer sexuell inkompatiblen Art eingeführt wurden. Diese Organismen sind in der Tat genetisch veränderte Organismen (GVO).

Eine Nukleinsäure-Sequenz, die einer vorsätzlichen Bindung, Veränderung oder Spaltung unterliegt.